随着网络攻击、数据泄露和隐私问题的增加，组织正在寻求先进的解决方案来保护敏感信息或更精确的数据安全，超越全盘加密和列级加密等传统加密方法。

全盘加密会加密整个存储驱动器，确保在系统关机时所有数据都受到保护。列级加密则保护数据库中的特定列，与全盘加密相比，它能够提供更有针对性的保护，但其保护范围仍然比单个数据字段更广。然而，两者的目的都是一样的，都是保护静态数据。

虽然这些方法能够有效保护海量数据，但它们往往无法满足现代安全需求所需的粒度和精度。例如，全盘加密仅在系统关机时保护数据；一旦系统启动并经过身份验证，所有数据都将被授权（或被盗）用户访问。

这时，字段级加密就派上用场了。这种加密方法为特定数据增加了一层额外的保护，确保只有授权方才能访问或查看数据库或系统中的敏感字段。让我们进一步了解字段级加密 (FLE)，了解它的工作原理以及实施过程中面临的挑战。

什么是字段级加密？

字段级加密是指对数据库或存储系统中的各个数据字段进行加密，而不是对整个数据集或存储容器进行加密。数据记录中的每个字段都使用唯一的加密密钥进行加密，只有拥有正确解密密钥的授权用户或系统才能查看或修改这些特定字段的内容。

与保护整个文件或数据库的传统加密方法不同，字段级加密侧重于保护这些文件或数据库中的敏感数据。这确保只有特定的敏感信息（例如密码、信用卡号或社保号）才会被加密，而同一记录中的其他数据仍保持未加密状态且可访问。

为了更好地理解这个概念，我们假设一个客户数据库，其中存储了姓名、地址和电话号码等个人信息。虽然加密整个数据库是一种常见的做法，但仅加密信用卡号、社保号或其他个人身份信息 (PII)等敏感字段可以减少需要加密的数据量，同时仍然确保符合安全标准。

字段级加密如何工作？

字段级加密的工作原理是针对数据库中的特定数据块。每个需要加密的字段都会被单独处理，并且会为每个字段分配加密密钥。让我们分解一下这个过程：

1. 加密密钥分配： 
   每个需要保护的字段都会分配一个唯一的加密密钥。该密钥可以是对称密钥（用于加密和解密的密钥相同），也可以是非对称密钥（公钥-私钥对）。这取决于具体实现方式和所需的安全级别。 
2. 数据加密： 
   敏感数据存储前，会使用指定字段的密钥进行加密。例如，用户的信用卡号可能使用特定密钥加密，并且只有授权用户或系统才能知道此密钥。 
3. 数据存储： 
   数据加密后，将与其他未加密字段一起存储在数据库中。加密数据以不可读的密文形式存储，从而增加了额外的保护。 
4. 数据解密： 
   当授权用户或系统需要访问加密字段时，必须使用相应的解密密钥将密文转换回其原始可读形式。只有拥有适当权限或密钥的用户才能解密并访问敏感数据。 
5. 密钥管理： 
   加密和解密过程取决于密钥的管理。如果密钥被泄露或丢失，加密数据可能无法访问，这凸显了强大的密钥管理系统的重要性。

这种方法对受保护的数据提供了更细粒度的控制，使组织能够仅保护最敏感的信息，同时将其他不太敏感的数据保留为可访问的格式。

字段级加密的类型

实现字段级加密的方法有多种，每种方法都适用于不同的用例和安全要求。一些最常见的类型包括：

透明字段级加密

这种加密通常在应用程序或数据库层实现。它是透明的，因为加密和解密过程由应用程序或数据库引擎自动处理。用户或应用程序无需手动加密或解密数据；它是在后台完成的，无需任何干预。

例如，Microsoft SQL Server 的Always Encrypted功能允许在数据库中加密敏感数据（例如社会保险号或信用卡号），同时仍可供授权应用程序访问。

手动字段级加密

与透明加密相比，手动字段级加密需要应用程序或用户执行显式的加密和解密操作。此方法可以更好地控制加密的实现方式，但也可能增加复杂性和开发时间。

例如，一家金融科技初创公司正在构建自定义 API 来存储客户银行账户详细信息，他们可能会使用AWS KMS等加密库在写入或读取数据库之前手动加密/解密每个账号。

键值字段级加密

这是一种灵活的方法，每个字段都使用其各自唯一的密钥进行加密。例如，电商网站可能会使用不同的加密密钥加密每位客户的信用卡信息。这提供了额外的安全保障，因为即使一个密钥被泄露，其他数据仍然安全。

为了更好地解释这一点，我们假设一个存储患者医疗记录的医疗科技平台。他们可以为每个患者生成一个唯一的加密密钥，并将其安全地存储在密钥管理系统中，以确保一条记录的泄露不会影响其他记录。

带标记的字段级加密

标记化（Tokenization）通常与字段级加密结合使用，以进一步保护敏感数据。在这种方法中，敏感字段（例如信用卡号）被替换为在系统外部没有实际意义的令牌（随机值）。实际数据以加密格式存储，令牌用于处理或引用数据，而不会泄露敏感信息。

例如，像 Stripe 这样的支付处理商使用标记化技术，将客户信用卡号替换为随机生成的令牌。这些令牌在交易过程中使用，而实际的信用卡数据则被加密并安全地存储在符合 PCI 标准的服务器中。

法规及 FLE 如何提供帮助

为了更好地理解字段级加密 (FLE) 如何与全球数据保护法规保持一致，下表概述了主要法律、其涵盖的敏感数据类型、其对加密的立场，以及 FLE 如何具体支持合规性。此比较凸显了 FLE 在满足处理敏感信息的法律、技术和道德标准方面的实际优势。

字段级加密的好处

字段级加密 (FLE) 提供了一种高度针对性的方法来保护敏感信息，这对于处理个人、财务或受监管数据的组织尤其有用。通过仅在真正需要的地方应用加密，FLE 在安全性、性能和灵活性之间取得了平衡。以下是 FLE 的一些优势：

1. 细粒度数据保护： 
   字段级加密的主要优势之一是能够对加密的数据进行精细控制。与加密整个数据库相比，这使得组织能够集中资源保护最敏感的数据，从而降低开销并提高性能。 
2. 增强安全性： 
   加密单个字段意味着即使黑客未经授权访问数据库，也只能看到敏感字段的加密版本。如果没有解密密钥，访问或篡改数据将变得更加困难。 
3. 法规合规性： 
   许多行业都受到严格的法规要求的约束，例如 PCI DSS（支付卡行业数据安全标准）或 GDPR（通用数据保护条例）。这些法规要求组织对敏感数据实施强有力的数据保护措施。字段级加密可确保 PII 和其他敏感数据在静态和传输过程中均得到加密，从而帮助企业满足这些要求。 
4. 降低数据泄露风险： 
   字段级加密可最大限度地减少敏感数据的泄露。即使恶意攻击者能够利用漏洞访问数据库，如果没有正确的密钥，加密字段也将无法读取。这显著降低了数据泄露的风险。 
5. 提升数据完整性： 
   通过加密单个字段，字段级加密还可以帮助确保数据的完整性。任何未经授权修改加密字段的尝试都会导致数据无法读取或无效，这预示着潜在的违规或篡改企图。 

6. 数据访问灵活性： 
   由于仅对特定字段进行加密，企业仍然可以访问和处理非敏感数据，而不会出现明显的延迟或性能损失。这使得企业能够在保护敏感数据的同时保持运营效率。

字段级加密的挑战 

实施字段级加密可以提供强大的数据保护，但也面临一系列挑战。以下是组织在采用此方法时面临的一些主要困难： 

1. 密钥管理复杂性： 
   实施字段级加密的主要挑战之一是管理加密密钥。每个加密字段都需要一个唯一的密钥，并且这些密钥必须安全存储并定期轮换。如果没有适当的密钥管理措施，整个加密系统的安全性可能会受到损害。 
2. 性能开销： 
   加密和解密过程可能会带来性能开销，尤其是在处理大型数据集时。如果应用程序或数据库频繁需要访问加密字段，则可能导致读写操作速度变慢，从而影响系统性能。 
3. 集成复杂： 
   将现场级加密集成到现有系统可能非常复杂，尤其是对于那些最初设计时并未考虑加密的旧式应用程序而言。组织可能需要更新其基础设施、数据库和应用程序，以支持现场级加密。 

4. 查询功能受限： 
   加密数据通常以密文形式存储，因此，如果不先解密敏感字段，就很难对其进行查询。这可能会影响运行某些类型的查询或生成依赖于敏感数据字段的报告的能力。

字段级加密的用例

字段级加密在经常处理敏感数据的行业中尤其有用。以下是一些常见的用例：

1. 金融行业： 
   在银行和金融领域，客户数据（例如银行账号、信用卡信息和交易历史记录）必须得到安全保护。字段级加密可确保只有授权人员才能访问这些敏感信息，从而降低金融欺诈和数据泄露的风险。 
2. 医疗保健行业： 
   医疗保健机构必须遵守《健康保险流通与责任法案》（HIPAA）等法规，该法案要求保护患者的健康记录。字段级加密可用于保护患者数据（例如社保号、诊断结果和病史），同时允许其他非敏感数据保持可访问性，以便进行分析和报告。 
3. 电子商务： 
   在电子商务中，必须保护客户数据（例如信用卡号和地址），以防止欺诈和身份盗窃。字段级加密可确保敏感数据在存储或传输之前进行加密，同时允许电子商务平台无缝处理订单和其他非敏感信息。 

4. 政府和公共部门： 
   政府机构和公共组织经常处理机密或敏感数据。字段级加密可用于保护机密信息，确保只有授权人员才能访问，同时维护系统的完整性。 

揽阁信息可提供什么帮助？

作为Thales的合作伙伴，我们提供的CipherTrust Data Security Platform（CDSP）可以解决您对于字段级加密的任何需求。其中：

CipherTrust Application Data Protection（CADP/应用数据保护）

CipherTrust 应用数据保护 (CADP) 通过 API 提供密钥管理、签名、哈希和加密服务等加密功能，以便开发人员可以轻松保护应用服务器或大数据节点上的数据。该解决方案附带支持的示例代码，以便开发人员可以快速采取行动，保护其应用程序中处理的数据。CADP 加速了定制数据安全解决方案的开发，同时消除了开发人员责任和控制中密钥管理的复杂性。此外，CADP 通过仅由安全操作管理的密钥管理策略强制执行严格的职责分离。

CipherTrust Tokenization（标记化/令牌化/数据脱敏）

CipherTrust 标记化提供有保险库和无保险库两种方式，可帮助降低遵守 PCI-DSS 等数据安全要求的成本和复杂性。标记化用代表性标记替换敏感数据，以便敏感数据与数据库和未经授权的用户和系统分开并保持安全。无保险库产品包括基于策略的动态数据屏蔽。这两种产品都可以轻松地将标记化添加到应用程序中。

结论

字段级加密为保护敏感数据提供了强大的解决方案，能够精细控制哪些数据需要加密以及哪些用户可以访问这些数据。通过加密数据库中的特定字段，组织可以保护其数据，同时保持效率并符合法规要求。尽管面临密钥管理和性能开销等挑战，但字段级加密的优势——增强的安全性、法规遵从性以及降低的数据泄露风险——使其成为现代数据保护的必备工具。

随着网络威胁的不断演变，字段级加密仍将是打击数据泄露和隐私侵犯的关键要素。同态加密、后量子算法和加密即服务等新兴趋势正在塑造现场加密的未来。欢迎联系我们获取更多信息。

揽阁信息 · 值得您信赖的信息安全顾问！

相关文章：

• 通过端到端数据保护在整个生命周期内保护您的数据
• 您存在网络安全问题的首要指标以及解决方法
• 黑客选择太多：是时候关注以数据为中心的安全了
• 您的数据，您的责任：保障您组织在云端的未来
• 你能确定数据在云中是安全的吗？
• 什么是数据保护和数据隐私？如何有效保护？